CN113991141B - 一体式可逆燃料电池能源*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可逆燃料电池，具体涉及一体式可逆燃料电池能源***，包括一体式可逆燃料电池子***，锂电池辅助启动子***、太阳能电解供能子***、储氢子***；一体式可逆燃料电池子***由一体式可逆燃料电池电堆，氢气循环分***，空气循环分***，冷却水循环分***，电解水循环分***组成；***包括发电模式和电解模式。与现有技术相比，本发明实现了对氢气的循环利用，一体式可逆燃料电池子***，锂电池辅助启动子***和太阳能电解供能子***的配合使得氢气能够被高效地利用，生产和储存，从而提升了***的续航时间，提高了***的能量利用效率。

Description

一体式可逆燃料电池能源***
技术领域
本发明涉及一种可逆燃料电池，具体涉及一体式可逆燃料电池能源***。
背景技术
氢能，因其具有储能密度高、无污染的特点，有望成为替代石油、煤炭等传统化石能源的新能源。一体式可逆燃料电池(Unitized Regenerative Fuel Cell,URFC)是对氢能的高效利用手段，其兼具电解和发电两种功能模式，可以利用氢能发电，也可以利用一次能源(如太阳能)电解产氢，在移动平台的能源***，如电动汽车、无人机，电网调峰等领域有广泛的应用前景。
中国专利CN106784960B公开了一种一体式可逆燃料电池子***，包括由燃料电池电堆构成的制氢发电模块，氢气循环模块，氧气循环模块和水循环模块。所述的燃料电池电堆包括多个依次叠加的单电池以及氢气进出口、氧气进出口和冷却流体进出口，所述的单电池包括导电板和膜电极，所述的氢气循环模块连接燃料电池电堆的氢气进出口，所述的氧气循环模块连接燃料电池电堆的氧气进出口，所述的水循环模块连接燃料电池电堆的冷却流体进出口，所述的***正向过程进行燃料电池发电，反向过程进行电解水制氢。但该专利未提出***处于不同工作模式下的能量管理和模式切换策略，且冷却水和电解水共用同一个水循环模块，不利于控制水在不同模式下的温度和流量。
中国专利CN204289610U公开了一种太阳能-可逆燃料电池的热电联供装置，包括太阳能电池、可逆固体氧化物燃料电池、储氧罐、储氢罐和储水罐；本实用新型的热电联供装置通过可以充分利用白天的太阳能，并将白天多余的太阳能通过可逆固体氧化物燃料电池进行了有效的储存，以便在晚上利用，从而使得太阳能这一不在晚上存在的能源变成了可以在晚上间接使用，同时还可以充分利用燃料发电所产生的热量，实现热电联供，解决了目前房车作为移动式居所时面临的能量供给问题，并且对于利用诸如太阳能、风能等清洁能源具有极其重要的意义。但该专利未指出太阳能电池与可逆固体氧化物燃料电池运行时的供电路径，以及在***运行中的能量管理策略。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一体式可逆燃料电池能源***，能够通过能量管理模块控制工作模式切换和***调控，进而实现车辆行驶过程中的氢燃料循环利用，提升***储能密度，提高能量利用效率，大幅提升整车续航时间。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一体式可逆燃料电池能源***，包括一体式可逆燃料电池子***，锂电池辅助启动子***、太阳能电解供能子***、储氢子***；所述的一体式可逆燃料电池子***由一体式可逆燃料电池电堆，氢气循环分***，空气循环分***，冷却水循环分***，电解水循环分***组成；
所述的***包括发电模式和电解模式，
***进入发电模式时，一体式可逆燃料电池电堆开始发电，向动力***供能，锂电池辅助启动子***作为补充能源进行辅助启动或者快速变载的补充能源；
***进入电解模式时，通过太阳能电解供能子***向一体式可逆燃料电池子***提供电解耗能，锂电池辅助启动子***作为辅助能源维持***运行，产生的氢气储存在储氢子***中，实现氢燃料循环；
所述***由电解模式切换至发电模式时，通过输入氢气和空气对一体式可逆燃料电池电堆进行吹扫直至一体式可逆燃料电池电堆内水分降至适合发电的含量，使用高频阻抗表征水含量时，一般吹扫至高频阻抗值低于200mΩ·cm2。
优选地，所述的氢气循环分***由高压减压阀，低压减压阀，电磁阀，一体式可逆燃料电池电堆，氢气水气分离装置，脉排阀，以及气体管路相继连接组成；脉排阀是脉排电磁阀，电磁阀采用定时开闭的方式，脉冲式地打开排出气体，故称为脉排阀，可采用市售脉冲电磁阀。
一体式可逆燃料电池子***在发电模式下，氢气从储氢子***中排出，通过高压减压阀和低压减压阀降压后经过电磁阀进入一体式可逆燃料电池电堆，反应剩余的氢气通过脉排阀排向氢气水气分离装置，分离出的氢气排向储氢子***被收集；
电解模式下，生成的氢气通过氢气水气分离装置分离后通向储氢子***储存。
优选地，所述的脉排阀通过控制程序实现开启间隔时间和开启时长随一体式可逆燃料电池电堆工况变化。
优选地，所述的空气循环分***由空气压缩机，加湿器，一体式可逆燃料电池电堆，背压阀，空气水气分离装置以及气体管路相继连接而成；
一体式可逆燃料电池子***在发电模式下，空气通过空气压缩机被吹入***，经过加湿器进入一体式可逆燃料电池电堆，在离开一体式可逆燃料电池电堆后，以逆流形式通过加湿器以加湿进口气流，再通过背压阀控制管路压强，最后通过空气水气分离装置分离之后排向空气；
电解模式下，生成的水气混合物从一体式可逆燃料电池电堆排出后，气体经过空气水气分离装置分离后被排向空气。
优选地，所述的冷却水循环分***由冷却水泵，一体式可逆燃料电池电堆，冷却水箱及冷却水管路连接组成；所述的冷却水箱中的冷却水经冷却水泵和燃料电池电堆后返回冷却水箱；
一体式可逆燃料电池子***在运行过程中，冷却水泵带动冷却水箱中的冷却水进入一体式可逆燃料电池电堆进行冷却，并根据一体式可逆燃料电池电堆的温度反馈信号调节冷却水箱的功率，以控制一体式可逆燃料电池电堆温度。
优选地，所述的电解水循环分***由电解水箱，电解水泵，一体式可逆燃料电池电堆，氢气水气分离装置，空气水气分离装置及电解水管路连接组成；
电解模式下，电解水泵启动，带动电解水箱里的水进入一体式可逆燃料电池电堆，反应后水与生成的氧气一起被排出一体式可逆燃料电池电堆，其中，水通过空气水气分离装置之后与氢气水气分离装置分离出的水一同回流进入电解水箱。
优选地，所述的冷却水箱和电解水箱设有加热功能和温度反馈功能，可分别调节冷却水循环分***和电解水循环分***内的水温。
优选地，所述的储氢子***由高压氢气瓶，储氢罐组成；
高压氢气瓶采用碳纤维材料制作，内部充入高压氢气，出口设置阀门；
储氢罐内设有固体储氢材料和加热棒，通过锂电池辅助启动子***提供加热能源，通过控制加热温度控制储氢罐处于放氢或储氢工作模式；
高压氢气瓶和储氢罐均可独立完成***放氢和储氢的功能，储氢时氢气优先进入储氢罐，放氢时优先高压氢气瓶放氢，高压氢气瓶内气压过低时，储氢罐开始放氢。
优选地，所述的一体式可逆燃料电池能源***还包括控制板，所述的控制板上设有能量管理模块，所述的能量管理模块进行***调控，控制锂电池辅助启动子***在发电启动时辅助动力负载和快速变载，控制一体式可逆燃料电池电堆进行模式切换，控制一体式可逆燃料电池子***停机，控制储氢子***的储氢罐的加热温度，使其处于放氢或储氢工作模式。
优选地，所述的锂电池辅助启动子***由锂电池，控制板的能量管理模块以及附带的电路组成，作为***冷启动以及储氢子***切换工作模式时的能量来源。
优选地，所述的太阳能电解供能子***由一块太阳能光伏板，控制板的能量管理模块以及附带的电路组成，太阳能电解供能子***产生的电能转化为一体式可逆燃料电池电堆电解所需的电压。
优选地，所述的太阳能光伏板接入一体式可逆燃料电池电堆，在一体式可逆燃料电池电堆处于电解模式下，通过能量管理模块导通向一体式可逆燃料电池电堆提供电源。
优选地，所述的一体式可逆燃料电池能源***还包括逆变器和开关电源，所述的一体式可逆燃料电池子***产生的电能通过逆变器，开关电源，升压之后接入动力***。
本发明的工作原理为：
在启动过程中，锂电池辅助启动子***向一体式可逆燃料电池子***中的各用电器供电，使一体式可逆燃料电池电堆有充足的氢气和空气供给，保证一体式可逆燃料电池电堆正常发电；一体式可逆燃料电池电堆正常发电后，启动时由锂电池供电的用电器转换为由一体式可逆燃料电池电堆供电，此时锂电池辅助启动子***可以作为快速变载的补充能源；一体式可逆燃料电池电堆电解时，所需的电源由太阳能电解供能子***的太阳能光伏板提供，同时锂电池辅助启动子***向部分用电器提供能量。
氢气循环分***在一体式可逆燃料电池子***发电模式下正常工作时高压氢气从储氢子***中通过阀门排出，经过高压减压阀和低压减压阀降至使用气压，随后通过控制循环路开闭的电磁阀后通入一体式可逆燃料电池电堆。反应后剩余的氢气通过脉排阀排向氢气水气分离装置，分离后的干燥氢气通入储氢子***储存。在电解模式下工作时，一体式可逆燃料电池子***的氢气入口电磁阀关闭，出口的氢气和水气混合物通过氢气水气分离装置，分离出的干燥氢气通向储氢子***被储存，水冷凝回流至电解水箱。
空气循环分***在一体式可逆燃料电池子***发电模式下正常工作时，空气由空气压缩机吸入管路，通过加湿器进入一体式可逆燃料电池电堆，其中加湿器采用逆流方式连接，膜的另一侧连着一体式可逆燃料电池电堆的空气路出口，用湿度较大的出口空气向入口空气加湿。反应后剩余的空气通过控制上游压强的背压阀进入空气水气分离装置，分离出的气体排向空气，水冷凝回流至电解水箱。
冷却水循环分***在一体式可逆燃料电池子***发电和电解模式下，均通过冷却水箱控温和冷却水泵循环，持续将恒温的水通过一体式可逆燃料电池电堆维持其温度。
电解水循环分***在一体式可逆燃料电池子***发电模式下不运行，在电解模式下，电解水泵将通过电解水箱控温的电解水泵入一体式可逆燃料电池电堆，同时收集氢气水气分离装置和空气水气分离装置分离出的水分，回流至电解水箱。
一体式可逆燃料电池子***由发电模式向电解模式进行模式切换时，太阳能光伏板电路接入一体式可逆燃料电池电堆供电，空气压缩机，电磁阀和脉排阀关闭，电解水泵打开，一体式可逆燃料电池电堆进入电解模式。
一体式可逆燃料电池子***由电解模式向发电模式进行模式切换时，将电磁阀和空气压缩机打开，持续向一体式可逆燃料电池电堆内通入氢气和氧气，一段时间后一体式可逆燃料电池电堆内的水分被吹出，此时，切断太阳能光伏板电路，关闭电解水循环分***，一体式可逆燃料电池电堆进入发电模式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、现有燃料电池能源***，氢气使用具有单向性，不能循环，造成***续航时间较短，能量利用效率低。现有的一体式可逆燃料电池***设备和氢气循环方案选择不合理，难以搭载在小型车辆、无人机等移动平台上使用。本发明实现了对氢气的循环利用，一体式可逆燃料电池子***，锂电池辅助启动子***和太阳能电解供能子***的配合使得氢气能够被高效地利用，生产和储存，从而提升了***的续航时间，提高了***的能量利用效率。
2、通过能量管理模块自动控制工作模式切换和***调控，进而实现车辆行驶过程中的氢燃料充分循环利用，提升***储能密度，提高能量利用效率，大幅提升整车续航时间。
3、本发明的管路设计合理，结构简单，布置复杂度较低，有效减少***占用的重量和体积，可以搭载在小型车辆、无人机、电网调峰等移动平台上使用。
附图说明
图1为本发明一体式可逆燃料电池能源***的正面结构示意图；
图2为本发明一体式可逆燃料电池能源***的背面结构示意图；
图3为本发明一体式可逆燃料电池能源***中氢气循环分***的结构示意图；
图4为本发明一体式可逆燃料电池能源***中空气循环分***的结构示意图；
图5为本发明一体式可逆燃料电池能源***中电解水循环分***的结构示意图；
图中：1为高压氢气瓶，2为高压减压阀，3为低压减压阀，4为电磁阀，5为一体式可逆燃料电池电堆，6为氢气水气分离装置，7为脉排阀，8为储氢罐，9为空气压缩机，10为加湿器，11为背压阀，12为空气水气分离装置，13为冷却水泵，14为冷却水箱，15为电解水箱，16为电解水泵，17为锂电池，18为控制板，19为太阳能光伏板，20为逆变器，21为开关电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一体式可逆燃料电池能源***，如图1～5所示，包括一体式可逆燃料电池子***，锂电池辅助启动子***、太阳能电解供能子***、储氢子***；一体式可逆燃料电池子***由一体式可逆燃料电池电堆5，氢气循环分***，空气循环分***，冷却水循环分***，电解水循环分***组成；
***包括发电模式和电解模式，
***进入发电模式时，一体式可逆燃料电池电堆5开始发电，向动力***供能，锂电池辅助启动子***作为补充能源进行辅助启动或者快速变载的补充能源；
***进入电解模式时，通过太阳能电解供能子***向一体式可逆燃料电池子***提供电解耗能，锂电池辅助启动子***作为辅助能源维持***运行，产生的氢气储存在储氢子***中，实现氢燃料循环；
所述***由电解模式切换至发电模式时，通过输入氢气和空气对一体式可逆燃料电池电堆5进行吹扫直至一体式可逆燃料电池电堆5内水分降至适合发电的含量，用高频阻抗值表征则为低于200mΩ·cm2。
更具体地，本实施例中：
将一体式可逆燃料电池能源***应用在Apollo原型车上。
氢气循环分***由高压减压阀2，低压减压阀3，电磁阀4，一体式可逆燃料电池电堆5，氢气水气分离装置6，脉排阀7，以及气体管路相继连接组成，如图3所示；一体式可逆燃料电池子***在发电模式下，氢气从储氢子***中排出，通过高压减压阀2(高压减压阀2的出口压强为表压1MPa)和低压减压阀3(低压减压阀3的出口压强为表压100kPa)降压后经过电磁阀4进入一体式可逆燃料电池电堆5，反应剩余的氢气通过脉排阀7排向氢气水气分离装置6，分离出的氢气排向储氢子***被收集；电解模式下，生成的氢气通过氢气水气分离装置6分离后通向储氢子***储存。脉排阀7可以通过控制程序实现开启间隔时间和开启时长随一体式可逆燃料电池电堆5工况变化。
空气循环分***由空气压缩机9，加湿器10，一体式可逆燃料电池电堆5，背压阀11，空气水气分离装置12以及气体管路相继连接而成，如图4所示；一体式可逆燃料电池子***在发电模式下，空气通过空气压缩机9(空气压缩机9控制气体流量为10L/min)被吹入***，经过加湿器10进入一体式可逆燃料电池电堆5，在离开一体式可逆燃料电池电堆5后，此时空气湿度较大，以逆流形式通过加湿器10以加湿进口气流，再通过背压阀11控制管路压强在100kPa，最后通过空气水气分离装置12分离之后排向空气；电解模式下，生成的水气混合物从一体式可逆燃料电池电堆5排出，气体经空气水气分离装置12分离后被排向空气。
冷却水循环分***由冷却水泵13，一体式可逆燃料电池电堆5，冷却水箱14及冷却水管路连接组成；冷却水箱14中的冷却水经冷却水泵13和燃料电池电堆后返回冷却水箱14，冷却水箱14设有加热(保温)功能和温度反馈功能，可根据实际情况调节冷却水循环分***内循环水的水温；一体式可逆燃料电池子***在运行过程中，冷却水泵13(冷却水泵13流量控制在5L/min)带动冷却水箱14中的冷却水进入一体式可逆燃料电池电堆5进行冷却，并根据一体式可逆燃料电池电堆5的温度反馈信号调节冷却水箱14的功率，控制冷却水的温度为60℃，以控制一体式可逆燃料电池电堆5的温度。
电解水循环分***由电解水箱15，电解水泵16，一体式可逆燃料电池电堆5，氢气水气分离装置6，空气水气分离装置12及电解水管路连接组成，如图5所示；电解水循环分***仅在电解模式下启动，电解水箱15设有加热(保温)功能和温度反馈功能，可根据实际情况调节电解水循环分***内循环水的水温；在电解模式下，电解水泵16启动，带动电解水箱15里的水进入一体式可逆燃料电池电堆5，电解水泵16控制水流量在2.6L/min，电解水箱15控制循环水的水温在70℃。反应后水与生成的氧气一起被排出一体式可逆燃料电池电堆5，其中，通过空气水气分离装置12分离出的水与氢气水气分离装置6分离出的水一同回流进入电解水箱15。
储氢子***由高压氢气瓶1，储氢罐8组成；高压氢气瓶1采用碳纤维材料制作，内部充入高压氢气，储氢量为5L，储氢压强为13.5MPa，出口设置阀门；储氢罐8内设有镁基合金固体储氢材料和加热棒，通过锂电池辅助启动子***提供加热能源控制加热温度控制储氢罐8处于放氢或储氢工作模式(储氢温度为380℃，放氢温度为280℃)；高压氢气瓶1和储氢罐8均可独立完成***放氢和储氢的功能，储氢时氢气优先进入储氢罐8，放氢时优先高压氢气瓶1放氢，高压氢气瓶1内气压过低时，储氢罐8开始放氢。
一体式可逆燃料电池能源***还设置了控制板18，控制板18上设有能量管理模块，能量管理模块进行***调控，可控制锂电池辅助启动子***在发电启动时辅助动力负载和快速变载，可控制一体式可逆燃料电池电堆5进行模式切换，可控制一体式可逆燃料电池子***停机，可控制储氢子***的储氢罐8的加热温度，使其处于放氢或储氢工作模式。
锂电池辅助启动子***由锂电池17，控制板18的能量管理模块以及附带的电路组成，在***冷启动以及储氢子***切换工作模式时作为驱动各部件的能量来源。
太阳能电解供能子***由一块太阳能光伏板19，控制板18的能量管理模块以及附带的电路组成，太阳能电解供能子***产生的电能转化为一体式可逆燃料电池电堆5电解所需的电压。太阳能光伏板19接入一体式可逆燃料电池电堆5，在一体式可逆燃料电池电堆5处于电解模式下，通过能量管理模块导通向一体式可逆燃料电池电堆5提供电源。
一体式可逆燃料电池能源***还包括逆变器20和开关电源21，一体式可逆燃料电池子***产生的电能通过逆变器20，开关电源21，升压之后接入动力***。逆变器20的输入为10.2V-18V的宽压，输出为220V，开关电源21的输入为220V电，输出为60V，向车辆能源***供电
本发明的工作过程如下：
当车辆启动时，锂电池辅助启动子***向一体式可逆燃料电池子***的用电器供电，打开氢气循环分***的电磁阀4、脉排阀7、储氢罐8，空气循环分***的空气压缩机9，冷却水循环分***的冷却水泵13。此时一体式可逆燃料电池子***进入发电模式工作。当控制板18检测到一体式可逆燃料电池电堆5输出功率达到可供车辆的动力***运行的水平之后，通过能量管理模块切换至一体式可逆燃料电池电堆5向车辆能源***供电，此时车辆开始行使。当控制板18检测到一体式可逆燃料电池电堆5输出功率达到能同时向车辆动力***和能源***用电器提供能量的更高水平之后，通过能量管理模块控制一体式可逆燃料电池电堆5向一体式可逆燃料电池子***的用电器供电。
在车辆停止时，如果控制板18检测到太阳能有功率输入，可以通过能量管理模块将太阳能光伏板19接入一体式可逆燃料电池电堆5，打开电解水循环分***的电解水泵16，并关闭氢气循环分***的电磁阀4和空气循环***的空气压缩机9，使一体式可逆燃料电池电堆5进入电解模式，此时电解水泵16和储氢罐8的能量由锂电池17提供。电解完成后，车辆再次启动前需要一体式可逆燃料电池电堆5切换为发电模式，此时需要进行吹扫。通过控制板18程序关闭电解水循环分***，同时控制锂电池17开启氢气循环分***电磁阀4和空气循环分***的空气压缩机9，将一体式可逆燃料电池电堆5内残留的水分吹出。切换完成后，一体式可逆燃料电池电堆5可继续进行发电。
如需要停止运行，利用小负载消耗持续生成的电能，检测一体式可逆燃料电池电堆5端口电压，待电压降至0V之后，关闭电磁阀4，脉排阀7，空气压缩机9，切断氢气和空气的供应，最后停止所有用电器运行，完成***停机。
本发明的工作原理为：
在启动过程中，锂电池辅助启动子***向一体式可逆燃料电池子***中的各用电器供电，使一体式可逆燃料电池电堆5有充足的氢气和空气供给，保证一体式可逆燃料电池电堆5正常发电；一体式可逆燃料电池电堆5正常发电后，启动时由锂电池17供电的用电器转换为由一体式可逆燃料电池电堆5供电，此时锂电池辅助启动子***可以作为快速变载的补充能源；一体式可逆燃料电池电堆5电解时，所需的电源由太阳能电解供能子***的太阳能光伏板19提供，同时锂电池辅助启动子***向部分用电器提供能量。
氢气循环分***在一体式可逆燃料电池子***发电模式下正常工作时高压氢气从储氢子***中通过阀门排出，经过高压减压阀2和低压减压阀3降至使用气压，随后通过控制循环路开闭的电磁阀4后通入一体式可逆燃料电池电堆5。反应后剩余的氢气通过脉排阀7排向氢气水气分离装置6，分离后的干燥氢气通入储氢子***储存。在电解模式下工作时，一体式可逆燃料电池子***的氢气入口电磁阀4关闭，出口的氢气和水气混合物通过氢气水气分离装置6，分离出的干燥氢气通向储氢子***被储存，水冷凝回流至电解水箱15。
空气循环分***在一体式可逆燃料电池子***发电模式下正常工作时，空气由空气压缩机9吸入管路，通过加湿器10进入一体式可逆燃料电池电堆5，其中加湿器10采用逆流方式连接，膜的另一侧连着一体式可逆燃料电池电堆5的空气路出口，用湿度较大的出口空气向入口空气加湿。反应后剩余的空气通过控制上游压强的背压阀11进入空气水气分离装置12，分离出的气体排向空气，水冷凝回流至电解水箱15。
冷却水循环分***在一体式可逆燃料电池子***发电和电解模式下，均通过冷却水箱14控温和冷却水泵13循环，持续将恒温的水通过一体式可逆燃料电池电堆5维持其温度。
电解水循环分***在一体式可逆燃料电池子***发电模式下不运行，在电解模式下，电解水泵16将通过电解水箱15控温的电解水泵16入一体式可逆燃料电池电堆5，同时收集氢气水气分离装置6和空气水气分离装置12分离出的水分，回流至电解水箱15。
一体式可逆燃料电池子***由发电模式向电解模式进行模式切换时，太阳能光伏板19电路接入一体式可逆燃料电池电堆5供电，空气压缩机9，电磁阀4和脉排阀7关闭，电解水泵16打开，一体式可逆燃料电池电堆5进入电解模式。
一体式可逆燃料电池子***由电解模式向发电模式进行模式切换时，将电磁阀4和空气压缩机9打开，持续向一体式可逆燃料电池电堆5内通入氢气和氧气，一段时间后一体式可逆燃料电池电堆5内的水分被吹出，此时，切断太阳能光伏板19电路，关闭电解水循环分***，一体式可逆燃料电池电堆5进入发电模式。
将本发明上述一体式可逆燃料电池能源***应用于酷黑小型车辆(产品编号：2019009，地盘尺寸1m*0.5m，电机额定功率2.8kW)，续航时间可以达到184小时，而该车原装锂电池仅可提供10小时续航时间。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一体式可逆燃料电池能源***，其特征在于，包括一体式可逆燃料电池子***，锂电池辅助启动子***、太阳能电解供能子***、储氢子***；所述的一体式可逆燃料电池子***由一体式可逆燃料电池电堆（5），氢气循环分***，空气循环分***，冷却水循环分***，电解水循环分***组成；
所述的空气循环分***由空气压缩机（9），加湿器（10），一体式可逆燃料电池电堆（5），背压阀（11），空气水气分离装置（12）以及气体管路连接而成；
一体式可逆燃料电池子***在发电模式下，空气通过空气压缩机（9）被吹入***，经过加湿器（10）进入一体式可逆燃料电池电堆（5），在离开一体式可逆燃料电池电堆（5）后，以逆流形式通过加湿器（10）以加湿进口气流，再通过背压阀（11）控制管路压强，最后通过空气水气分离装置（12）分离之后排向空气；
电解模式下，生成的水气混合物从一体式可逆燃料电池电堆（5）排出后，气体经过空气水气分离装置（12）分离后被排向空气；
所述的***包括发电模式和电解模式：
***进入发电模式时，一体式可逆燃料电池电堆（5）开始发电，向动力***供能，锂电池辅助启动子***作为补充能源进行辅助启动或者快速变载的补充能源；
***进入电解模式时，通过太阳能电解供能子***向一体式可逆燃料电池子***提供电解耗能，锂电池辅助启动子***作为辅助能源维持***运行，产生的氢气储存在储氢子***中，实现氢燃料循环；
所述***由电解模式切换至发电模式时，通过输入氢气和空气对一体式可逆燃料电池电堆（5）进行吹扫直至一体式可逆燃料电池电堆（5）内水分降至适合发电的含量,使用高频阻抗表征水含量时，吹扫至高频阻抗值低于200mΩ/cm2；
所述的冷却水循环分***由冷却水泵（13），一体式可逆燃料电池电堆（5），冷却水箱（14）及冷却水管路连接组成； 所述的冷却水箱（14）中的冷却水经冷却水泵（13）和燃料电池电堆（5）后返回冷却水箱（14）；
一体式可逆燃料电池子***在运行过程中，冷却水泵（13）带动冷却水箱（14）中的冷却水进入一体式可逆燃料电池电堆（5）进行冷却，并根据一体式可逆燃料电池电堆（5）的温度反馈信号调节冷却水箱（14）的功率，控制一体式可逆燃料电池电堆（5）的温度；
所述的电解水循环分***由电解水箱（15），电解水泵（16），一体式可逆燃料电池电堆（5），氢气水气分离装置（6），空气水气分离装置（12）及电解水管路连接组成；
电解模式下，电解水泵（16）启动，带动电解水箱（15）里的水进入一体式可逆燃料电池电堆（5），反应后水与生成的氧气一起被排出一体式可逆燃料电池电堆（5），其中，水通过空气水气分离装置（12）之后与氢气水气分离装置（6）分离出的水一同回流进入电解水箱（15）。
2.根据权利要求1所述的一体式可逆燃料电池能源***，其特征在于，所述的氢气循环分***由高压减压阀（2），低压减压阀（3），电磁阀（4），一体式可逆燃料电池电堆（5），氢气水气分离装置（6），脉排阀（7），以及气体管路连接组成；
一体式可逆燃料电池子***在发电模式下，氢气从储氢子***中排出，通过高压减压阀（2）和低压减压阀（3）降压后经过电磁阀（4）进入一体式可逆燃料电池电堆（5），反应剩余的氢气通过脉排阀（7）排向氢气水气分离装置（6），分离出的氢气排向储氢子***被收集；
电解模式下，生成的氢气通过氢气水气分离装置（6）分离后通向储氢子***储存。
3.根据权利要求1所述的一体式可逆燃料电池能源***，其特征在于，所述的储氢子***由高压氢气瓶（1），储氢罐（8）组成；
高压氢气瓶（1）采用碳纤维材料制作，内部充入高压氢气，出口设置阀门；
储氢罐（8）内设有固体储氢材料和加热棒，通过锂电池辅助启动子***提供加热能源，通过控制加热温度控制储氢罐（8）处于放氢或储氢工作模式；
高压氢气瓶（1）和储氢罐（8）均可独立完成***放氢和储氢的功能，储氢时氢气优先进入储氢罐（8），放氢时优先高压氢气瓶（1）放氢，高压氢气瓶（1）内气压过低时，储氢罐（8）开始放氢。
4.根据权利要求1所述的一体式可逆燃料电池能源***，其特征在于，所述的一体式可逆燃料电池能源***还包括控制板（18），所述的控制板（18）上设有能量管理模块，所述的能量管理模块进行***调控，控制锂电池辅助启动子***在发电启动时辅助动力负载和快速变载，控制一体式可逆燃料电池电堆（5）进行模式切换，控制一体式可逆燃料电池子***停机，控制储氢子***的储氢罐（8）的加热温度，使其处于放氢或储氢工作模式。
5.根据权利要求4所述的一体式可逆燃料电池能源***，其特征在于，所述的锂电池辅助启动子***由锂电池（17），控制板（18）的能量管理模块以及附带的电路组成，作为***冷启动以及储氢子***切换工作模式时的能量来源。
6.根据权利要求4所述的一体式可逆燃料电池能源***，其特征在于，所述的太阳能电解供能子***由一块太阳能光伏板（19），控制板（18）的能量管理模块以及附带的电路组成，太阳能电解供能子***产生的电能转化为一体式可逆燃料电池电堆（5）电解所需的电压。
7.根据权利要求1所述的一体式可逆燃料电池能源***，其特征在于，所述的一体式可逆燃料电池能源***还包括逆变器（20）和开关电源（21），所述的一体式可逆燃料电池子***产生的电能通过逆变器（20），开关电源（21），升压之后接入动力***。
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